(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体用流路および発熱体を備えた金型を用いて樹脂を射出成形する方法において、
１）熱媒体用流路に１５０℃乃至樹脂の熱変形温度である温度の水蒸気を供給しかつ発熱体を発熱させて金型を加熱すること、
２）金型温度が１５０℃乃至該樹脂の熱変形温度未満の範囲の温度に達したときに水蒸気の供給を停止し、空気、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス及びヘリウムガスから選ばれる少なくとも1種の気体を熱媒体用流路に流して該流路内の水蒸気を取り除いた後、該流路を閉鎖すること、
３）金型温度が該樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）〜ＨＤＴ＋６０℃の範囲、かつ２００℃以上の温度に達したときに該樹脂をキャビティに射出すること、
４）発熱体の発熱を停止すること、
５）熱媒体用流路に水を流して金型を冷却すること、および
６）金型から成形品を取り出すこと
を含む方法。
【請求項２】
樹脂の熱変形温度が２００℃以上である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の射出成形方法に関する。特に、短い成形サイクルで樹脂を射出成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂を射出成形するとき、上記樹脂を、上記樹脂の熱変形温度以上に加熱された金型に射出した後、金型を急激に冷却することにより（Ｈ＆Ｃ成形法）、良好な外観を有する成形品が得られることが知られている。
【０００３】
しかし、このようなＨ＆Ｃ成形法は、サイクルタイムが長くなる傾向にある。そこで、サイクルタイムを短縮すべく、加熱を急激に行うことが種々検討されている。
【０００４】
例えば、金型の急加熱を、金型内を循環する加熱媒体、例えば過熱蒸気、加熱水、加熱油等、と電気加熱体との併用によって行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、加熱用媒体、例えば熱水または熱油、とヒーターとの併用によって金型のキャビティプレートの加熱を行い、キャビティプレートの加熱が完了した時点またはキャビティプレート温度が８０〜９０℃に達した時点で圧縮空気によって加熱用媒体を除去することが知られている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、上記方法では、昇温速度が十分でなく、特に成形樹脂の熱変形温度が高い場合（例えば２００℃以上の場合）には、金型を樹脂の熱変形温度以上に加熱するのに時間を要してサイクルタイムが長くなり、高い生産性が得られない。
【特許文献１】特開２００１−１５０５０６号公報
【特許文献２】特開２００７−３０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、成形される樹脂が高い熱変形温度を有する場合であっても短いサイクルタイムで射出成形することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、熱媒体用流路および発熱体を備えた金型を用いてＨ＆Ｃ成形法により樹脂を射出成形するとき、熱媒体および発熱体の併用によって金型を加熱して金型温度がある特定の温度に達したときに、熱媒体の供給を停止し、空気、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス及びヘリウムガスから選ばれる少なくとも1種の気体を熱媒体用流路に流して該流路内の熱媒体を取り除いた後、該流路を閉鎖することにより、金型の昇温速度をさらに高めることができることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、熱媒体用流路および発熱体を備えた金型を用いて樹脂を射出成形する方法において、
１）熱媒体用流路に１５０℃乃至樹脂の熱変形温度である温度の水蒸気を供給しかつ発熱体を発熱させて金型を加熱すること、
２）金型温度が１５０℃乃至該樹脂の熱変形温度未満の範囲の温度に達したときに水蒸気の供給を停止し、空気、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス及びヘリウムガスから選ばれる少なくとも1種の気体を熱媒体用流路に流して該流路内の水蒸気を取り除いた後、該流路を閉鎖すること、
３）金型温度が該樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）〜ＨＤＴ＋６０℃の範囲、かつ２００℃以上の温度に達したときに該樹脂をキャビティに射出すること、
４）発熱体の発熱を停止すること、
５）熱媒体用流路に水を流して金型を冷却すること、および
６）金型から成形品を取り出すこと
を含む方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明方法によれば、金型の昇温速度を従来法よりもさらに高めることができるので、熱変形温度が高い樹脂の場合にも短いサイクルタイムで射出成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の成形方法は、例えば図１に例示されるような、熱媒体用流路２および発熱体３を備えた金型１を用いるものである。
【００１２】
本発明方法によれば、まず、熱媒体用流路に熱媒体としての水蒸気を供給しかつ発熱体を発熱させることにより、金型を加熱する。
【００１３】
金型を加熱するとき、水蒸気のみによる加熱では、昇温速度は高いが、高温（例えば２００℃を超える温度）に加熱することは困難である。水蒸気のみを用いて金型温度を高温にしようとすると、高い温度の水蒸気が必要であり、そのためには大きな設備が必要となり、温調機のコストも増大する。
【００１４】
また、金型を発熱体のみで加熱すると、低コストで高温を得ることができるが、昇温速度が低いので高温に達するまでの時間が長く、従ってサイクルタイムが長くなる。
【００１５】
本発明では、低コストで高い昇温速度および高い金型温度を達成するために、水蒸気および発熱体の両方を使用して金型が加熱される。
【００１６】
上記水蒸気としては、温度が好ましくは１３０℃以上、より好ましくは１５０℃以上、さらに好ましくは１７０℃以上、特に１９０℃以上である加圧水蒸気が使用される。上記温度が高いほど、金型の昇温速度を高めることができる。水蒸気温度の上限は、成形樹脂の熱変形温度以下であるのが好ましい。
【００１７】
上記発熱体としては、例えば鉄−アルミ−クロム系およびニッケル−クロム系の発熱体、およびこれらを内蔵したカートリッジヒーターおよび棒ヒーターが好ましく使用される。
【００１８】
なお、本発明における金型温度は、金型のキャビティ表面温度を意味する。但し、下記実施例１および比較例１では、キャビティ近傍に埋め込まれた熱電対によって測定された温度で代用した。両者は同じであることを確認してある。
【００１９】
本発明によれば、水蒸気と発熱体との併用により金型を加熱して金型温度が下記所定の温度Ａに達した時点で水蒸気の供給を停止し、熱媒体用流路に空気を流して上記流路内の水蒸気を取り除いた後、上記流路を閉鎖する。このとき、発熱体による加熱は継続されている。
【００２０】
上記温度Ａは、１００℃以上、好ましくは１２５℃以上、より好ましくは１５０℃以上で、かつ樹脂の熱変形温度未満、特に、使用する水蒸気の温度未満の範囲である。上限は好ましくは２００℃、より好ましくは１８０℃である。温度Ａが低すぎると、水蒸気と発熱体との併用効果が小さくなって昇温速度が遅くなり、また、金型温度（キャビティ表面温度）に、場所によるばらつきが生じやすくなる。温度Ａが高すぎると、水蒸気が昇温の阻害要因となり昇温速度が遅くなる。
【００２１】
また、上記温度Ａは、以下の方法によって決めることができる。まず、水蒸気の供給のみを用いて金型を昇温させて、図２の実線で示すような金型温度の昇温曲線を作成する。次いで、この昇温曲線の初期の傾きを有する直線を作成し（図２の点線）、この直線と上記昇温曲線との差が１０〜１００℃、好ましくは２０〜８０℃、更に好ましくは３０〜５０℃の範囲に入るところの時点Ａを決定し、昇温開始から時点Ａまでの時間Ａを求める。そして、同じ金型を用いて、本発明方法にしたがって、水蒸気と発熱体との併用により金型を昇温させるとき、この昇温開始から時間Ａが経過した時点における金型温度が温度Ａである。この方法により決められる温度Ａは、通常、（水蒸気の温度−３０℃）〜（水蒸気の温度）の間、好ましくは（水蒸気の温度−２５℃）〜（水蒸気の温度）の間、更に好ましくは（水蒸気の温度−２０℃）〜（水蒸気の温度−５℃）の間の温度となる。ただし、上記したように、温度Ａは１００℃乃至樹脂の熱変形温度未満の範囲内である。なお、図２の実線は、実施例１における金型を使用し、実施例１と同じ条件での水蒸気の供給のみにより金型を昇温させたときの昇温曲線である。
【００２２】
媒体用流路内の水蒸気を取り除くために使用される気体は、空気、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス、ヘリウムガスから選ばれる少なくとも一種であり、好ましくは圧縮気体、例えば０．２〜１．２ＭＰａ、より好ましくは０．５〜１．０ＭＰａの圧縮気体が使用される。
【００２３】
熱媒体用流路に空気等の上記気体を流す時間は、上記流路内の水蒸気を取り除くのに十分かつ短い時間が好ましく、例えば０．１〜２０秒間、好ましくは０．５〜１５秒間、より好ましくは１〜１２秒間である。この時間が短すぎると水蒸気を十分に除去できないため本発明の効果が得られにくく、長すぎると昇温速度を低下させる要因となる。
【００２４】
熱媒体用流路に空気等の上記気体を流して流路内の水蒸気を取り除いた後、すぐに上記流路の両端を閉鎖する。
【００２５】
次いで、発熱体のみによる加熱によって金型温度が下記所定の温度Ｂに達すると、樹脂をキャビティ４に射出し、発熱体の発熱を停止する。
【００２６】
上記温度Ｂは、樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）〜ＨＤＴ＋６０℃の範囲である。好ましくは、ＨＤＴ＋１０℃〜ＨＤＴ＋４０℃、さらに好ましくはＨＤＴ＋２０℃〜ＨＤＴ＋４０℃の範囲である。上記上限を超えると、加熱時間が長くなってサイクルタイムが長くなると共に、金型への樹脂の張り付きが起こり易くなって離型が困難になる。本発明方法は、温度Ｂを１８０℃以上にする場合に特に有効であり、さらには２００℃以上、よりさらには２２０℃以上にする場合に特に有効である。
【００２７】
なお、本明細書において、樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）は、ＡＳＴＭ  Ｄ６４８に準拠し、結晶性樹脂が樹脂の主成分である、すなわち樹脂の５０重量％超である場合には４．６ｋｇ荷重で、それ以外の場合には１８．６ｋｇ荷重で測定した値である。
【００２８】
発熱体の発熱の停止は、金型温度を上記温度Ｂにすることができればいつ行ってもよい。発熱体の発熱を停止しても金型温度はしばらく上昇する（オーバーシュート）。したがって、上記温度Ｂに達する少し前に発熱を停止してもよい。例えば、成形品の厚みが薄い場合には、上記オーバーシュートを考慮して、温度Ｂに達する少し前、例えば５〜１０秒前に発熱体の発熱を停止し、金型温度が温度Ｂに達した時点で樹脂を射出することができる。また、成形品の厚みが厚い場合には、樹脂をキャビティに射出した後の保圧の効果をより有効にするために、保圧をかけている間も発熱体を発熱させて金型を高温に保持し、保圧が完了した後に発熱体の発熱を停止してもよい。
【００２９】
本発明において使用され得る樹脂は、種々の熱可塑性樹脂であり得、例えば、熱変形温度が１５０℃以上、より好ましくは１７０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上、特に好ましくは２２０℃以上である樹脂が使用され得る。また、非晶性樹脂を主成分とする樹脂が好ましく使用される。
【００３０】
樹脂の種類としては、例えば、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリエーテルニトリルが挙げられる。好ましくは、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよびポリアミドイミドである。
【００３１】
本発明方法は、上記したように金型温度が上記温度Ａに達した時点で水蒸気の供給を停止して熱媒体用流路に空気等の気体を流すことにより、金型の昇温速度をさらに高めることができる。したがって、本発明方法は、熱変形温度が高い樹脂であっても、短いサイクルタイムでの成形を可能にし、熱変形温度が特に高い、例えば２００℃以上の、熱可塑性樹脂の成形に好適に使用することができる。
【００３２】
樹脂の射出および発熱体の発熱の停止を行った後は、通常行われるように、熱媒体用流路に冷却水を流して金型を冷却し、金型を開いて成形品を取り出す。
【００３３】
次に、本発明を下記実施例によって説明するが、以下の実施例は、本発明を限定するものとして決して解釈されるべきでない。
【実施例】
【００３４】
実施例１
射出成形機（油圧型締め３６０ｔ、最大射出圧力２１００／ｃｍ２）を用いてＵｌｔｅｍ２１００（ＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックス社製、１０重量％ガラスファイバー入りポリエーテルイミド樹脂、ＨＤＴ２００℃）の射出成形を次のように行った。
まず、金型（１００ｍｍ×２００ｍｍの板成形用）を閉じ、熱媒体用流路（８本）への水蒸気（温度１７０℃、圧力７ｋｇｆ／ｃｍ２）の供給および棒ヒーター（φ８、２００ｍｍ、８００Ｗ、８本）の発熱により金型の昇温を開始した。５５秒後（金型温度：約１６２℃）に水蒸気の供給のみを停止し、上記流路に圧縮空気（８ｋｇｆ／ｃｍ２の工業用エアー、常温常湿）を１０秒間流した後、バルブを閉めて上記流路を閉鎖した。昇温開始から９５秒後（金型温度：約２２０℃）に樹脂の射出を開始した（射出１．５秒、保圧８．５秒）。昇温開始から１０５秒後に棒ヒーターのスイッチを切って発熱を停止した。次いで、冷却水（水温２５℃、水圧３ｋｇｆ／ｃｍ２、給水量１６０〜２００リットル／分の工業用水）を熱媒体用流路に２０秒間流して金型を冷却した後（金型温度：約１２０℃）、金型を開いて成形品を取り出した。金型温度の経時変化を図３に示す。９０℃から２２３℃（金型の最高温度）に達するまでに要した時間は約９８秒であった。そして、ガラスファイバーに起因する表面の凹凸が少ない、良好な外観の成形品が得られた。なお、上記水蒸気を作るためのボイラーとして、換算蒸発量６４０ｋｇ／時、総発生熱量４００ｋＷの小型貫流ボイラー（灯油燃料）を使用した。金型温度は、キャビティ近傍に埋め込まれた熱電対によって測定した。
【００３５】
比較例１
実施例１において、５５秒後に水蒸気の供給を停止した後、空気を流すことなく、直ちに流路を閉鎖した以外は、実施例１と同様にして成形を行った。９０℃から２２３℃までの金型温度の経時変化を図４に示す。比較例１では、９０℃から２２３℃に達するまでに要した時間は約１２３秒であり、実施例１における約９８秒より約２５秒長かった。そのため、成形のサイクルタイムも実施例１より約２５秒長くなった。
【００３６】
なお、図４に示されるように、比較例１では金型温度が２００℃を超えた後に昇温速度が一時的に低下する現象が見られたが、実施例１では熱媒体流路内の水蒸気を除去することによりこの現象が抑制され、昇温時間を短縮することができた。
【００３７】
参考例１
自動車のルーフレールレッグ成形用金型の固定側金型（棒ヒータ４本と熱媒体用流路３本を備え、これらが互い違いに配置された金型）を用い、熱媒体用流路への水蒸気（温度１７０℃、圧力７ｋｇｆ／ｃｍ２）の供給および棒ヒーターの発熱により金型の昇温を開始した。金型温度が約１５０℃になった時点（昇温開始から約１２秒後）で水蒸気の供給のみを停止し、上記流路に圧縮空気（８ｋｇｆ／ｃｍ２の工業用エアー、常温常湿）を１０秒間流した後、バルブを閉めて上記流路を閉鎖した。棒ヒーターによる加熱を金型温度が２００℃になるまで継続した。昇温開始から金型温度が２００℃に達するまでに要した時間は約１０４秒だった。なお、ボイラーは実施例１と同じものを用いた。金型温度は、キャビティ表面上で接触式の温度計を用いて測定した。
【００３８】
比較参考例１
水蒸気の供給を停止する温度を９０℃（昇温開始から約７秒後）とした以外は参考例１と同様の実験を行った。昇温開始から金型温度が２００℃に達するまでに要した時間は約１３３秒であり、参考例１における１０４秒より２９秒長かった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明で使用される金型の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１で使用した金型を水蒸気の供給のみによって加熱したときの金型温度の昇温曲線を示す図である。
【図３】図３は、実施例１における金型温度の経時変化を示す図である。
【図４】図４は、比較例１における金型温度の経時変化を実施例１と比較して示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  金型
２  熱媒体用流路
３  発熱体
４  キャビティ 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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